Вправа 64. Охарактеризуйте електролітичну дисоціацію води.
Вода — слабкий електроліт. Вона дисоціює згідно з рівнянням:
Н2О ↔ H+ + OH–
За температури 25 °С лише одна її молекула з кожних 555 мільйонів молекул розпадається на йони. Ступінь електролітичної дисоціації води становить: α(Н2О) =1/555 000 000 ≈ 1,8•10–9, або 1,8•10–7%.
Вправа 65. Скільки йонів Н+ і йонів ОН– міститься в одній краплі води об’ємом 0,1 мл?
Відомо: V(H2O)=0,1 мл, α(Н2О)=1,8•10-7%, або 1,8•10-9.
Знайти: N(H+)-?, N(OH-)-?
Розв'язування:
Знайдемо масу 1 краплі води:
m(H2O)=V(H2O)•ρ(H2O)=0,1 мл•1 г/мл=0,1 г
Кількість речовини заданої маси обчислюємо за формулою: n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(H2O)=2Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18, M(H2O)=18 г/моль.
n(H2O)=m(H2O)/M(H2O)=0,1 г:18 г/моль=0,00556 ≈ 5,56•10-3
Напишемо рівняння дисоціації: Н2О↔Н+ + ОН-
n(H+)=n(OH-)=n(H2O)=5,56•10-3 моль.
З формули обчислення ступеня дисоціації α(Н2О)=n(Н+)/n(Н2О) знаходимо:
n(Н+)=n(Н2О)•α(Н2О)=5,56•10-3•1,8•10-7=10-11 моль
Число структурних частинок (йонів) речовини знаходимо за формулою N=n•NA, де NА - стала Авогадро і чисельно дорівнює 6,02•1023моль-1.
N(H+)=N(OH-)=10-11 моль • 6,02•1023моль-1,=6,02•1012
Відповідь: N(H+)=N(OH-)=6,02•1012
Вправа 66. Обчисліть масові частки йонів Н+ і ОН– у воді.
Відомо:α(Н2О)=1,8•10-7% або 1,8•10-9. Знайти: N(H+)-?, N(OH-)-?
Розв'язування:
І спосіб
Знайдемо масу 1 моль води.
Оскільки Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18, тому M(H2O)=18 г/моль,
а це значить, що маса 1 моль води =18 г, тобто m(H2O)=18 г.
З формули обчислення ступеня дисоціації α(Н2О)=n(Н+)/n(Н2О) знаходимо:
n(Н+)=n(Н2О)•α(Н2О)=1 моль•1,8•10-9=1,8•10-9 моль
Напишемо рівняння дисоціації: Н2О ↔ Н+ + ОН-
n(OH-)=n(H+)=1,8•10-9 моль.
Масу заданої кількості йонів речовини обчислюємо за формулою m=n•M, де
M=Mr г/моль.
Mr(H+)=Ar(H)=1, M(H+)=1 г/моль
m(H+)=n(H+)•M(H+)=1,8•10-9 моль•1 г/моль=1,8•10-9 г
Mr(ОН-)=Ar(О)+Ar(H)=16+1=17, M(OH-)=17 г/моль
m(OH-)=n(OH-)•M(OH-)=1,8•10-9 моль•17 г/моль=30,6•10-9 г
Обчислюємо масові частки йонів Н+ і ОН- у воді:
w(H+)=m(H+)/m(Н2О)=1,8•10-9/18=0,1•10-9=1,0•10-10, або,
помноживши це значення на 100%, одержимо 1,0•10-8%.
w(OH-)=m(OH-)/m(Н2О)=30,6•10-9/18=1,7•10-9, або 1,7•10-7%.
ІІ спосіб
Нехай маса m(H2O)= х г.
Кількість речовини заданої маси обчислюємо за формулою: n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(H2O)=2Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18, M(H2O)=18 г/моль.
n(H2O)=m(H2O)/M(H2O)=х г:18 г/моль=х/18 (г).
З формули обчислення ступеня дисоціації α(Н2О)=n(Н+)/n(Н2О) знаходимо:
n(Н+)=n(Н2О)•α(Н2О)=(х/18)•1,8•10-9=х•10-10 моль
Напишемо рівняння дисоціації: Н2О ↔ Н+ + ОН-
n(OH-)=n(H+)=х•10-10 моль.
Масу заданої кількості йонів речовини обчислюємо за формулою m=n•M, де
M=Mr г/моль.
Mr(H+)=Ar(H)=1, M(H+)=1 г/моль
m(H+)=n(H+)•M(H+)=х•10-10 моль•1 г/моль=х•10-10 г
Mr(ОН-)=Ar(О)+Ar(H)=16+1=17, M(OH-)=17 г/моль
m(OH-)=n(OH-)•M(OH-)=х•10-10 моль•17 г/моль=17•х•10-10 г
Обчислюємо масові частки йонів Н+ і ОН- у воді:
w(H+)=m(H+)/m(Н2О)=х•10-10/х=10-10, або,
помноживши це значення на 100%, одержимо 1,0•10-8%.
w(OH-)=m(OH-)/m(Н2О)=х•17•10-10/х=17•10-10=1,7•10-9, або 1,7•10-7%.
Відповідь: w(H+)=1,0•10-10 або 1,0•10-8%, w(OH-)=1,7•10-9 або 1,7•10-7%.
Вправа 67. Що таке водневий показник? Вміст йонів Н+ у воді та водних розчинах характеризують за допомогою водневого показника (рН). Якщо значення молярної концентрації катіонів Гідрогену записати так: с(Н+)=10–m моль/л, то число m є водневим показником.
Користуватися абсолютними числами, що позначають концентрацію йонів, на які дисоціює вода, незручно, тому було введено поняття водневого показника та його позначення рН (читається «пе-аш»), і прийнято рішення замінити концентрацію йонів цілим числом із протилежним знаком.
Вправа 68. Знайдіть відповідність. 1-Б-в), 2-А-б), 3-В-а), 4-А-б).
|
1. Розчин натрій хлориду у воді 2. Розчин вуглекис- лого газу у воді 3. Водний розчин вапна 4. Оцет |
А. Кількість йонів Н+ більша, ніж йонів ОН- Б. Кількості йонів Н+ і ОН- однакові В. Кількість йонів ОН- більша, ніж йонів Н+ |
а) рН > 7 б) рН < 7 в) pH = 7
|
2. СО2 + H2O = H2CO3 - кислота
3. Са(ОН)2 - вапняна вода.
4. Оцет - водний розчин оцтової кислотиі.
Вправа 69. У якому з розчинів концентрація катіонів Гідрогену більша — з рН=6 чи рН=8? З рН=6. У скільки разів? У 100 разів.
10-6/10-8=102=100
Вправа 70. Яку перевагу має універсальний індикатор порівняно з лакмусом чи метилоранжем при визначенні середовища водних розчинів? Універсальний індикатор дає змогу визначити приблизне значення рН розчину.
Вправа 71. Чому рН чистої дощової води, зібраної над територією, де немає населених пунктів і промислових об’єктів, становить 5, 6, а не 7,0? У повітрі міститься вуглекислий газ ((об’ємний вміст близько 0,03%)), який з водою (водяною парою) утворює слабку карбонатну кислоту, тому дощова вода ледь підкислюється і рН показник дещо знижується.
СО2 + Н2О = Н2СО3
Вправа 72. Розчин, у якому містилося 6 г натрій гідроксиду, змішали з розчином, який містив 6,3 г нітратної кислоти. Значення рН рідини, що утворилася:
а) більше 7;
б) менше 7;
в) дорівнює 7.
Укажіть правильну відповідь.
Кількість речовини заданої маси обчислюємо за формулою: n=m/M, де
M=Mrг/моль.
Mr(NaOH)=Ar(Na)+Ar(O)+Ar(H)=23+16+1=40, M(NaOH)=40 г/моль.
n(NaOH)=m(NaOH)/M(NaOH)=6 г:40 г/моль=0,15 моль.
Mr(HNO3)=Ar(H)++Ar(N)+3•Ar(O)=1+14+3•16=63, M(HNO3)=63 г/моль.
n(HNO3)=m(HNO3)/M(HNO3)=6,3 г : 63 г/моль=0,1 моль.
Запишемо рівняння реакції:
NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O
1 моль 1 моль
На співвідношення кількості речовини реагентів вказують коефіцієнти рівняння, тому у реакцію вступають основа і кислота однакової кількості речовини: n(NaOH)=n(HNO3). Отже, 0,1 моль лугу прореагує з 0,1 моль кислоти, утворюючи сіль та воду, а в розчині ще залишиться луг натрій гідроксид кількістю речовини 0,15 моль-0,1 моль=0,05 моль. Тому рН>7.